[摘要]針對(duì)目前教材(cai)中節流式(shì)流量計 原(yuán)理存在的(de)問題,詳細(xì)分析了節(jiē)流現象,推(tuī)導了節☂️流(liú)裝置的流(liú)♌量測量原(yuán)理,并比較(jiào)了孔闆流(liú)量計、文丘(qiū)裏流量計(ji)和轉子流(liú)量計對于(yu)流量測量(liang)的異同點(diǎn)，以期糾正(zheng)錯誤概念(nian),引導學生(sheng)正确理解(jie)節流原理(lǐ)來解決☎️相(xiang)關問題。
　　流(liu)量是化學(xue)工業生産(chan)過程和科(kē)學實驗中(zhong)的重要參(can)數,物料流(liu)動介質的(de)流動、配比(bi)和輸送,都(dōu)離不開😘流(liu)量的測量(liang)和💯控制。測(cè)量流量的(de)方法和儀(yí)表很多,按(an)作用原理(li)分有:節流(liu)式流量計(jì)、容積式流(liu)量計、質量(liàng)式流量計(ji)等。其中，節(jie)流式流量(liàng)計是使用(yòng)曆史悠💰久(jiu)的一種流(liu)♻️量計,也是(shì)目前工業(ye)生産中應(ying)用最廣的(de)一種流量(liang)🆚測🍓量儀表(biao)。
　　節流式流(liu)量計由節(jiē)流裝置和(he)壓差計所(suǒ)組成，是利(li)用流體流(liú)經節流裝(zhuang)置時産生(sheng)的壓力差(chà)來實現.流(liu)量測量的(de)。通用的節(jiē)流裝✔️置有(you)孔闆、噴嘴(zuǐ)、文丘裏管(guǎn)和文丘裏(lǐ)噴嘴等。如(ru)圖1所示噴(pēn)💔嘴,當連🛀續(xù)流動的流(liu)體經過管(guan)♈道内的節(jiē)流裝置時(shi),流通面積(jī)突然縮小(xiǎo)，流體的流(liú)速增大,擠(jǐ)過節流孔(kong),形成流束(shu)收縮。流體(tǐ)🔴擠過節流(liu)孔🍉後,流通(tong)面積增大(da),流速降低(dī)。通常認爲(wèi),在這一過(guo)程中，節流(liú)裝置✏️前後(hou)的流體靜(jìng)壓力産生(shēng)差異,形成(chéng)靜壓差,該(gāi)靜壓差是(shì)因流道縮(suō)小引起動(dong)能增大造(zao)成的,此即(jí)爲節流現(xiàn)象。
 
　　針對目(mu)前教材和(he)文獻資料(liào)中對于節(jiē)流流量計(ji)原🏃‍♂️理存在(zai)的問題,文(wén)章将詳細(xi)分析節流(liú)現象,并推(tuī)導節流裝(zhuāng)置的流量(liàng)測量原量(liàng),以期糾正(zhèng)錯誤概念(niàn)，以正确理(li)解和運用(yong)節流原理(li)分析和解(jie)決相
　　節流(liu)裝置本質(zhi)上是一種(zhǒng)擾流元件(jian),其作用是(shì)通過🆚流道(dao)✊的變化千(qiān)擾流體流(liú)動,産生局(jú)部阻力，從(cóng)而消耗了(le)流體的機(ji)械能,表現(xian)爲節流裝(zhuāng)置前後出(chu)現壓㊙️差。當(dang)流體流速(su)越大,則擾(rǎo)動作用越(yue)強,局部阻(zǔ)力損失引(yǐn)起的機械(xie)能消耗越(yuè)大,對🌈于文(wén)丘裏流量(liàng)計或孔闆(pan)流量計🎯來(lai)說,其壓差(chà)計指示值(zhí)就越大。即(jí):
 
　　可見,壓差(cha)的産生是(shi)由于局部(bu)阻力損失(shī)造成的,而(ér)不是因流(liú)道🍓變化由(yóu)動能轉換(huan)而來的。那(nà)麽，壓差指(zhǐ)示值🙇‍♀️指示(shi)的是🧑🏾‍🤝‍🧑🏼否是(shì)靜壓力呢(ne)?我們先看(kan)一看U型壓(yā)✍️差計的測(ce)壓原理。如(rú)圖❗2所示。U型(xíng)壓差計測(ce)量均勻管(guǎn)🚶内流體作(zuò)定态流動(dong)時1、2兩點的(de)壓差。
 
ρi----U型壓(yā)差計中指(zhi)示液的密(mì)度
R----U型壓差(chà)計的指示(shi)值
(注:p和P意(yi)義不同,前(qian)者表示靜(jìng)壓強,後者(zhě)表示虛拟(nǐ)壓強,以下(xià)同)
　　可見,U型(xing)壓差計指(zhǐ)示值R并不(bu)表示靜壓(yā)差,而是A、B兩(liang)點的虛🥰拟(nǐ)壓差△P,即總(zong)勢能差。隻(zhi)有A.B兩點等(děng)高時,U型壓(ya)差計指示(shì)值R才是靜(jìng)壓差。
　　由此(cǐ),我們利用(yòng)上述結論(lun),以孔闆流(liú)量計爲例(li)來推導流(liu)量測量原(yuán)理,如圖3所(suo)示。
 
其中:
ζ---局(ju)部阻力系(xì)數
Ci---以管道(dào)截面積計(jì)算流量的(de)流量系數(shù)
C0---ƒf(Rea,m)-以孔口截(jie)面積計算(suàn)流量的流(liu)量系數
 
　　在(zài)推導孔闆(pǎn)流量計測(cè)量原理時(shí)，假定1.2截面(miàn)機械能守(shou)恒，即
這種(zhong)假設顯然(rán)是不合理(lǐ)的,因爲機(ji)械能守恒(heng),隻有在靜(jing)止流體或(huò)阻力損失(shī)極小到可(kě)以忽略的(de)情況下才(cái)成立,而此(cǐ)時U型壓差(cha)計的指示(shì)必爲零。節(jiē)流裝👄置的(de)測量原理(li)🌂在于:通過(guò)節流裝置(zhi)幹👈擾流體(tǐ)流動,産生(shēng)局部阻力(lì),從而🈚消耗(hào)了流體的(de)機械能,在(zài)等徑管中(zhong),表現爲⛷️總(zǒng)勢能的減(jiǎn)小,而U型管(guan)壓差計指(zhǐ)示的恰是(shì)總勢能差(chà)的變化。當(dāng)流體流速(su)越大,則擾(rao)動作🔅用越(yue)強,局部阻(zǔ)力損失引(yin)❓起的機械(xie)能消耗越(yue)大,壓差計(jì)指示值就(jiu)越大💁,因此(cǐ)U型壓差指(zhi)示值正比(bǐ)于流量大(dà)小。
　　文丘裏(li)流量計的(de)測量原理(lǐ)與孔闆流(liu)量計相同(tóng),隻是由🎯于(yú)文🏃🏻‍♂️丘裏流(liú)量計的節(jie)流結構采(cǎi)用了漸縮(suō)漸擴管,對(dui)流體擾動(dong)較🏃🏻平緩,避(bì)免了孔闆(pǎn)流量計因(yin)突然縮小(xiao)和突然🧡擴(kuo)大造♍成嚴(yan)重🌂的局部(bu)阻力損失(shī)，因而能量(liang)消🛀耗小。
　　對(dui)于轉子流(liu)量計,其流(liu)量測量方(fāng)式雖與孔(kong)闆流量計(ji)和文丘☂️裏(li)流量計略(lue)有差異,但(dan)本質上仍(réng)是采用♍節(jie)流裝置一(yi)轉子進行(háng)擾流(如圖(tú)4所示)，産生(sheng)局部阻力(lì),使機械能(néng)損⭕失,表現(xian)爲截面1和(he)2之間虛拟(nǐ)壓強差的(de)減小,産生(shēng)了對轉💋子(zi)有向上推(tui).動作用的(de)升力,即曳(ye)力。該升力(li)大小與轉(zhuan)子自身重(zhòng)量相等時(shi),轉子則保(bǎo)持平衡,即(ji):
轉子重力(lì)=轉子所受(shou)曳力
 
 
其中(zhōng):
A2,A1---轉子上、下(xià)表面截面(miàn)積
Aƒ---轉子投(tou)影截面積(ji)
Vƒ---轉子體積(ji)
ρƒ--轉子密度(du)
CR一以轉子(zi)上表面處(chù)的管道截(jié)面積計算(suàn)的流量系(xì)㊙️數🐆
　　準确地(di)說,産生轉(zhuan)子上下端(duan)面的曳力(lì)是虛拟壓(yā)差P1-P2,而💁虛拟(nǐ)壓強差産(chan)生的原因(yin)主要是由(you)于節流元(yuán)件對流體(ti)進行幹擾(rǎo)而造成的(de)局部阻力(lì)損失引起(qǐ)的,與位差(chà)無關,而😘動(dong)能差與局(jú)部阻力損(sun)失相比可(kě)以忽略。
　　關(guān)于轉子流(liu)量計的推(tui)導是從機(jī)械能守恒(heng)人手的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，即(jí)
 
　　這顯然不(bú)合理，節流(liu)元件的作(zuò)用就是對(dui)流體.流動(dòng)💁産生擾動(dong),造成局部(bù)阻力損失(shī),形成轉子(zi)上下截面(mian)間的虛拟(ni)壓強差,由(you)此産🔅生向(xiàng)上升力(曳(yè)力)。機械能(neng)守恒隻⚽有(yǒu)在靜止流(liú)體中或阻(zu)♊力損失極(jí)小以至可(ke)以忽略的(de)情況下才(cái)成立。此時(shi),轉子受到(dao)的向上的(de)升力(曳力(lì))爲零,因而(ér)必然在重(zhòng)力作用🤩下(xià)下沉至玻(bō)💋管底部。
　　轉(zhuǎn)子與其他(ta)節流裝置(zhì)不同的是(shì),其位置不(bu)固定,可以(yi)自由移動(dòng)。當流速增(zēng)大時,轉子(zǐ)在原位置(zhì)對流體造(zào)成的局部(bu)阻力損失(shi)必然增大(da),引起1-2截面(miàn)間的虛拟(ni)壓強差增(zeng)大🌈。對轉子(zǐ)而言,虛💘拟(nǐ)壓強差形(xíng)成的向上(shàng)曳力增大(da),大于轉子(zi)重力,轉子(zi)原位置的(de)力平衡🧑🏾‍🤝‍🧑🏼被(bèi)破壞,因而(er)在向上的(de)曳力作用(yòng)下在漸擴(kuo)的管道👣中(zhōng)向上運動(dong),直到在新(xin)位置中因(yīn)流道擴大(da)使流速降(jiàng)低,對流🚩體(ti)擾動造成(cheng)的局部阻(zu)力引起的(de)曳力降低(dī)到與原平(píng)衡位置下(xia)相等時,轉(zhuan)子在🚩新位(wei)置下其所(suǒ)受曳力Aƒ(P1-P2)與(yǔ)重力ρƒrgVƒ相等(deng),重新實現(xiàn)力平衡而(ér)保持穩定(dìng)。
　　将文丘裏(li)流量計、孔(kong)闆流量計(ji)和轉子流(liu)量計相比(bi)較,可🔴以看(kan)出它們之(zhi)間的異同(tong),相同點是(shì):它們均是(shì)節流元件(jian)或稱擾流(liú)✍️元件,可以(yi)對流體流(liú)動産生幹(gan)擾,造成流(liu)體局🏃🏻‍♂️部阻(zǔ)力能量損(sǔn)失。流速越(yuè)大,則千擾(rǎo)作用越強(qiáng),局部阻力(lì)✔️損失引起(qi)的能量消(xiao)越大。不同(tóng)✉️點是:前者(zhě)的♊節流裝(zhuāng)置是固定(dìng)不動的，節(jiē)流元件前(qián)後因局部(bu)阻力損失(shī)引起的壓(yā)降(虛拟壓(yā)強差)可以(yi)通過外置(zhì)的U型壓差(cha)計指示出(chū)來。流速越(yuè)大,阻力損(sǔn)失越大,則(zé)壓降越大(da),U型壓差計(jì)的指示值(zhi)也越大，由(yóu)此指示流(liú)體流量的(de)大小。後者(zhe)的節流元(yuán)件一轉子(zǐ)其位置是(shi)不固定的(de),可以在由(yóu)下而上漸(jiàn)擴的管道(dao)中自由運(yun)動,局部阻(zu)力造成🏒的(de)壓差(虛拟(nǐ)壓強差)對(duì)👌轉子形成(cheng)向上的曳(ye)力,當曳力(li)與轉子重(zhong)力相等時(shí),轉子保持(chí)平衡。當流(liu)速增大，則(ze)局部阻力(lì)損失形成(cheng)的壓差增(zēng)大,轉子所(suǒ)受的上升(sheng)力增大,轉(zhuan)子向.上運(yun)動,直至在(zai)新位置上(shang)達到平衡(héng)。流速越大(da),則轉子受(shou)到的上升(shēng)力越大,其(qí)上升的高(gao)度也越大(da),直至實現(xiàn)新平衡。由(you)此🌍,轉子通(tōng)過在漸擴(kuo)
管中的平(ping)衡位置指(zhǐ)示流量大(dà)小。

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